专利名称：一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种抗氧化剂的制备。本发明所涉及的铝液除气用石墨转子的抗氧化剂可实现提高铝液除气石墨转子的使用寿命，降低生产成本的目标。
背景技术：
采用旋转转子喷吹惰性气体来除去铝液中的氢气和氧化夹杂物是当今世界上一项先进的铝液净化技术。该项技术自20世纪70年代在国外问世以来，实现了熔铸生产在线连续净化和自动化，其先进合理的净化工艺给生产厂家带来了巨大的技术、经济效益。石墨转子用于将介质气体如高纯氮气输送到电解铝液池的底部，并进行搅拌。这样在介质气体上升外逸的过程中，其气泡破碎成细小的气泡，均勻的分散在铝液中，在气泡上升过程中把铝液中的氢氧杂质带出，达到除气除杂的效果。除气转子所采的材料均为碳质量分数在99. 9%以上的石墨。石墨材料具有高温强度高，导电传热性好，抗热震性，耐腐蚀和具有自润滑性等特性，因此是一种极好的铝液净化转子材料。与金属相比，石墨属脆性材料，韧性较差。此外，在空气中，使用温度达400 500°C时石墨即发生氧化反应。氧化的结果导致转子工作寿命低。进口石墨转子的平均连续使用寿命为33天，有的国产转子使用寿命只有10天左右。这样低的寿命影响了生产和经济效益。因此提高石墨材料的抗氧化性能一直是石墨转子制造厂商和使用者的研究课题之一。高寿命石墨转子的开发途径应从两方面进行。一是改进石墨材质；二是针对局部损耗较大部位，进行特殊处理。在工作环境中，石墨转子受铝液的冲刷、空气的高温氧化两方面的作用，在熔体液面处产生缩颈以至于报废，铝熔体净化温度下，空气对石墨转子的高温氧化作用是相当显著的。延长转子使用寿命的途径有(1)选用优质高纯石墨作为转予的材料；(2)情性气体保护法(3)涂料保护法(4)套管保护法等。近年来，国内外学者对提高石墨转子材料的抗氧化性进行了大量的研究，发现采用表面涂层技术，浸渍抗氧化剂技术等可以降低石墨转子氧化消耗。但是目前还没有一种成熟的抗氧化效果好的氧化剂。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种工艺简单，使用方便，抗氧化效果明显的铝液除气用石墨转子抗氧化剂及其制备方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂，其特征在于，该抗氧化剂的原料包括以下质量百分含量的组分磷酸75-84%，氢氧化铝2-6 %，硼酸钠3-7 %，硅酸钠7-13 %。一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤以抗氧化剂原料的总质量为100%计，(1)将磷酸和氢氧化铝2_6衬％混合，在50_75°C加热搅拌让氢氧化铝完全溶解，形成透明的磷酸铝盐溶液；(2)将硼酸钠3-7wt%加入水中，在35_45°C加热搅拌溶解成透明的硼酸钠溶液；(3)将硅酸钠7-13wt%加入水中，在50_75°C加热搅拌溶解成透明的硅酸钠溶液；(4)把步骤( 得到的硼酸钠溶液和步骤( 得到的硅酸钠溶液加入步骤(1)得到的磷酸铝盐溶液中，同时在50-60°C加热搅拌，直至成为均勻的半透明溶胶，即得产品。步骤(1)所述的磷酸铝盐溶液为磷酸铝，磷酸氢二铝或磷酸二氢铝溶液。所述的磷酸铝是由磷酸与氢氧化铝按摩尔比为12 1时制得；所述的磷酸氢二铝是由磷酸与氢氧化铝按摩尔比为16 1时制得；所述的磷酸二氢铝是由磷酸与氢氧化铝按摩尔比为23 1时制得。与现有技术相比，本发明对石墨转子在使用的过程中，不会对铝液产生二次污染， 可以提高石墨转子的高温抗氧化性，提高石墨转子的使用寿命至原来的2-3倍，降低了生产成本，将产生良好的经济和社会效益。本氧化剂和当前市场上销售的一类商品石墨抗氧化剂相比，其抗氧化效果远优于市售商品。
图1为石墨样品热处理升温曲线的示意图；图2为真空高压浸渍装置示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。实施例1石墨转子抗氧化剂的制备(1)在IOOml烧杯中，将18ml的磷酸温热，然后加入3g氢氧化铝，磁力搅拌，加热到混合物完全溶解。然后加入5ml水，搅拌到形成均勻的溶液。(2)在IOOml烧杯中，称量6g硅酸钠，加入到15ml纯净水中，磁力搅拌，加热到混合物完全溶解。取另一个烧杯，加入IOml纯净水，加入3g硼酸钠，加热搅拌至混合物完全溶解。(3)把硼酸钠溶液和硅酸钠溶液依次转移到磷酸铝溶液中，磁力搅拌，随着硅酸钠溶液的慢慢加入，溶液逐渐形成液溶胶。根据使用的情况，加入一定量的水。使溶液呈稀溶胶状。即为抗氧化剂。抗氧化剂的应用本发明制备的石墨抗氧化剂，主要应用在高纯石墨制品的抗氧化中。它的主要用途之一，就是可以用来浸渍铝液除气转子石墨制品，通过抗氧化处理制备出较长使用寿命的抗氧化转子，进而提高产品的品质。下面就对转子石墨的抗氧化处理做以应用举例把石墨材料切割成10X10X2cm的方块，用纯水和乙醇洗涤，除去外表的灰尘和油脂后，在干燥箱干燥。然后把配好的抗氧化剂加入到一个玻璃缸中，加热至45-70°C，把干燥的石墨块浸入溶液，在温热的溶液中浸泡M-48小时。拿出在干净的玻璃板上自然干燥后，放入烘箱中200°C干燥1小时。然后把样品放入电阻炉内，加热进行热处理。加热升温的程序见附图1.热处理后，拿出自然放凉。即可用来做抗氧化使用。为了进一步提高抗氧化效果，可以在第一次浸泡后拿出晾干，然后再进行第二次浸泡。实施例2一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，该方法包括以下步骤以抗氧化剂原料的总质量为100%计，(1)将磷酸80wt%和氢氧化铝5wt%混合，加热搅拌让氢氧化铝完全溶解，形成透明的磷酸铝盐溶液；(2)将硼酸钠5wt %加入水中，加热搅拌溶解成透明的硼酸钠溶液；(3)将硅酸钠IOwt %加入水中，加热搅拌溶解成透明的硅酸钠溶液；(4)把步骤( 得到的硼酸钠溶液和步骤( 得到的硅酸钠溶液加入步骤(1)得到的磷酸铝盐溶液中，同时加热搅拌，直至成为均勻的半透明溶胶，即得产品抗氧化剂。上述方法制得的抗氧化剂的应用(1)把石墨材料切割成IOX 10 X 2cm的方块，用纯水和乙醇洗涤，除去外表的灰尘
和油脂后，在干燥箱干燥。(2)将抗氧化剂溶液倒入预先准备好的容器中，加热至45-70°C。(3)把石墨块放入高压浸渍罐中，打开真空泵5，抽真空0. IMpa，然后打开阀门1， 把储液罐4中的抗氧化剂抽入浸渍罐3(浸渍工艺见附图幻。关闭阀门1，打开阀门2开始向浸渍罐3中充入空气加压至1个大气压，保持0. 5-lh后，打开浸渍罐3，把石墨样品拿出， 在干净的玻璃板上自然干燥后，放入烘箱中200°C干燥1小时。然后把样品放入电阻炉内， 加热进行热处理。加热升温的程序见附图1.热处理后，拿出自然放凉。即得到抗氧化的石墨材料。通过真空浸渍的石墨样块，其抗氧化程度优于浸泡的效果。实施例3一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，该方法包括以下步骤以抗氧化剂原料的总质量为100%计，(1)将磷酸75wt%和氢氧化铝6wt%混合，加热搅拌让氢氧化铝完全溶解，形成透明的磷酸铝盐溶液；(2)将硼酸钠6wt %加入水中，加热搅拌溶解成透明的硼酸钠溶液；(3)将硅酸钠13wt%加入水中，加热搅拌溶解成透明的硅酸钠溶液；(4)把步骤( 得到的硼酸钠溶液和步骤( 得到的硅酸钠溶液加入步骤(1)得到的磷酸铝盐溶液中，同时加热搅拌，直至成为均勻的半透明溶胶，即得产品抗氧化剂。实施例4一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，该方法包括以下步骤以抗氧化剂原料的总质量为100%计，(1)将磷酸和氢氧化铝2wt%混合，加热搅拌让氢氧化铝完全溶解，形成透明的磷酸铝盐溶液；(2)将硼酸钠3wt %加入水中，加热搅拌溶解成透明的硼酸钠溶液；(3)将硅酸钠1 Iwt %加入水中，加热搅拌溶解成透明的硅酸钠溶液；
(4)把步骤( 得到的硼酸钠溶液和步骤( 得到的硅酸钠溶液加入步骤(1)得到的磷酸铝盐溶液中，同时加热搅拌，直至成为均勻的半透明溶胶，即得产品抗氧化剂。实施例5一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，该方法包括以下步骤以抗氧化剂原料的总质量为100%计，(1)将磷酸82wt%和氢氧化铝混合，在50_75°C加热搅拌让氢氧化铝完全溶解，形成透明的磷酸铝盐溶液；(2)将硼酸钠7wt%加入水中，在35_45°C加热搅拌溶解成透明的硼酸钠溶液；(3)将硅酸钠7wt%加入水中，在50_75°C加热搅拌溶解成透明的硅酸钠溶液；(4)把步骤⑵得到的硼酸钠溶液和步骤(3)得到的硅酸钠溶液加入步骤⑴得到的磷酸铝盐溶液中，同时在50-60°C加热搅拌，直至成为均勻的半透明溶胶，即得产品抗氧化剂。
权利要求
1.一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂，其特征在于，该抗氧化剂的原料包括以下质量百分含量的组分磷酸75-84%，氢氧化铝2-6%，硼酸钠3-7%，硅酸钠7-13%。
2.一种如权利要求1所述的铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤以抗氧化剂原料的总质量为100%计，(1)将磷酸75-8#t%和氢氧化铝2-6wt%混合，在50-75°C加热搅拌让氢氧化铝完全溶解，形成透明的磷酸铝盐溶液；(2)将硼酸钠3-7wt%加入水中，在35-45°C加热搅拌溶解成透明的硼酸钠溶液；(3)将硅酸钠7-13wt%加入水中，在50-75°C加热搅拌溶解成透明的硅酸钠溶液；(4)把步骤( 得到的硼酸钠溶液和步骤( 得到的硅酸钠溶液加入步骤(1)得到的磷酸铝盐溶液中，同时在50-60°C加热搅拌，直至成为均勻的半透明溶胶，即得产品。
3.根据权利要求2所述的铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的磷酸铝盐溶液为磷酸铝，磷酸氢二铝或磷酸二氢铝溶液。
4.根据权利要求3所述的铝液除气用石墨转子抗氧化剂的制备方法，其特征在于，所述的磷酸铝是由磷酸与氢氧化铝按摩尔比为12 1时制得；所述的磷酸氢二铝是由磷酸与氢氧化铝按摩尔比为16 1时制得；所述的磷酸二氢铝是由磷酸与氢氧化铝按摩尔比为 23 1时制得。
全文摘要
本发明涉及一种铝液除气用石墨转子抗氧化剂及其制备方法，该抗氧化剂的原料包括以下质量百分含量的组分磷酸75-84％，氢氧化铝2-6％，硼酸钠3-7％，硅酸钠7-13％。称取磷酸，把氢氧化铝放入后搅拌溶解。把硼酸钠和硅酸钠分别配置成溶液。把后两者慢慢加入到第一种溶液中，加热搅拌，直至成为均匀的半透明溶胶为止，即得产品，与现有技术相比，本发明配方安全可靠，不会产生二次污染，制备方法简单，使用方便，而且具有对石墨转子的抗氧化性有显著提高的特点。
文档编号C04B41/85GK102408252SQ20111040015
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月6日 优先权日2011年12月6日
发明者杨遂运, 胡晓斌, 陈寒玉 申请人:上海交通大学, 平顶山市东方碳素有限公司, 河南城建学院